雷击浪涌抗扰度测试：简要解析

一、电子设备雷击浪涌抗扰度试验标准
电子设备雷击浪涌抗扰度试验的国家标准为GB/T17626.5(等同于国际标准IEC61000-4-5)。
标准主要是模拟间接雷击产生的各种情况：
(1) 雷电击中外部线路，有大量电流流入外部线路或接地电阻，因而产生的干扰电压。
(2) 间接雷击(如云层间或云层内的雷击)在外部线路上感应出电压和电流。
(3) 雷电击中线路邻近物体，在其周围建立的强大电磁场，在外部线路上感应出电压。
(4 )雷电击中邻近地面，地电流通过公共接地系统时所引进的干扰。
标准除了模拟雷击外，还模拟变电所等场合，因开关动作而引进的干扰(开关切换时引起电压瞬变)，如：
• 主电源系统切换时产生的干扰(如电容器组的切换)。
• 同一电网，在靠近设备附近的一些较小开关跳动时的干扰。
• 切换伴有谐振线路的晶闸管设备。
• 各种系统性的故障，如设备接地网络或接地系统间的短路和飞弧故障。

雷击浪涌发生器 SG61000-5

标准描述了两种不同的波形发生器：一种是雷击在电源线上感应生产的波形;另一种是在通信线路上感应产生的波形。这两种线路都属于空架线，但线路的阻抗各不相同：在电源线上感应产生的浪涌波形比较窄一些(50uS)，前沿要陡一些(1.2uS);而在通信线上感应产生的浪涌波形比较宽一些，但前沿要缓一些。后面我们主要以雷击在电源线上感应生产的波形来对电路进行分析，同时也对通信线路的防雷技术进行简单介绍。

共模浪涌抑制电路防浪涌设计时，假定共模与差模这两部分是彼此独立的。然而，这两部分并非真正独立，因为共模扼流圈可以提供相当大的差模电感。这部分差模电感可由分立的差模电感来模拟。

为了利用差模电感，在设计过程中，共模与差模不应同时进行，而应该按照一定的顺序来做。首先，应该测量共模噪声并将其滤除掉。采用差模抑制网络(Differential Mode Rejection Network)，可以将差模成分消除，因此就可以直接测量共模噪声了。如果设计的共模滤波器要同时使差模噪声不超过允许范围，那么就应测量共模与差模的混合噪声。因为已知共模成分在噪声容限以下，因此超标的仅是差模成分，可用共模滤波器的差模漏感来衰减。对于低功率电源系统，共模扼流圈的差模电感足以解决差模辐射问题，因为差模辐射的源阻抗较小，因此只有极少量的电感是有效的。

对4000Vp以下的浪涌电压进行抑制，一般只需采用LC电路进行限流和平滑滤波，把脉冲信号尽量压低到2~3倍脉冲信号平均值的水平即可。由于L1、L2有50周电网电流流过，电感很容易饱和，因此，L1、L2一般都采用一种漏感很大的共模电感。
用在交流，直流的都有，通常我们在电源EMI滤波器，开关电源中常见到，而直流侧少见，在汽车电子中能够看到用在直流侧。

加入共模电感是为了消除并行线路上的共模干扰(有两线的，也有多线的)。由于电路上两线阻抗的不平衡，共模干扰最终体现在差模上。用差模滤波方法很难滤除。
共模电感到底需要用在哪。共模干扰通常是电磁辐射，空间耦合过来的，那么无论是交流还是直流，你有长线传输，就涉及到共模滤波就得加共模电感。例如：USB线好多就在线上加磁环。开关电源入口，交流电是远距离传输过来的，就需要加。通常直流侧不需要远传就不需要加了。没有共模干扰，加了就是浪费，对电路没有增益。

电源滤波器的设计通常可从共模和差模两方面来考虑。共模滤波器最重要的部分就是共模扼流圈，与差模扼流圈相比，共模扼流圈的一个显著优点在于它的电感值极高，而且体积又小，设计共模扼流圈时要考虑的一个重要问题是它的漏感，也就是差模电感。通常，计算漏感的办法是假定它为共模电感的1%，实际上漏感为共模电感的0.5%～4%之间。在设计最优性能的扼流圈时，这个误差的影响可能是不容忽视的。

二、漏感的重要性
漏感是如何形成的呢?紧密绕制，且绕满一周的环形线圈，即使没有磁芯，其所有磁通都集中在线圈“芯”内。但是，如果环形线圈没有绕满一周，或者绕制不紧密，那么磁通就会从芯中泄漏出来。这种效应与线匝间的相对距离和螺旋管芯体的磁导率成正比。共模扼流圈有两个绕组，这两个绕组被设计成使它们所流过的电流沿线圈芯传导时方向相反，从而使磁场为0。如果为了安全起见，芯体上的线圈不是双线绕制，这样两个绕组之间就有相当大的间隙，自然就引起磁通“泄漏”，这即是说，磁场在所关心的各个点上并非真正为0。共模扼流圈的漏感是差模电感。事实上，与差模有关的磁通必须在某点上离开芯体，换句话说，磁通在芯体外部形成闭合回路，而不仅仅只局限在环形芯体内。

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